DE102013220222A1

DE102013220222A1 - Lagervorrichtung

Info

Publication number: DE102013220222A1
Application number: DE201310220222
Authority: DE
Inventors: Thorsten BIERMANN; Sebastian Giehl; Ralph Schimpf
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung mit wenigstens einem Wälzlager und mit einer mit dem Wälzlager in einem Gehäuse gelagerten Welle, wobei das Wälzlager wenigstens einen Lagerring aufweist und zwischen dem Lagerring und dem Gehäuse wenigstens eine Vorspanneinrichtung angeordnet ist, durch welche eine Vorspannung auf den Lagerring aufbringbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung mit wenigstens einem Wälzlager und mit einer mit dem Wälzlager in einem Gehäuse gelagerten Welle, wobei das Wälzlager wenigstens einen Lagerring aufweist und zwischen dem Lagerring und dem Gehäuse wenigstens eine Vorspanneinrichtung angeordnet ist, durch welche eine Vorspannung auf den Lagerring aufbringbar ist.
Hintergrund der Erfindung
Spielfreie Schräglagervorrichtungen aber oft auch spielfreie Anordnungen von Wälzlagern beliebiger Ausführung sind Voraussetzung für einen einwandfreien Lagerbetrieb. Durch die Vorspannung werden einerseits fertigungsbedingte Toleranzen und Spiele überwunden und andererseits Wärmedehnungen ausgeglichen. Letzteres gewinnt zunehmend an Bedeutung, da die Lagerungen von Wellen, insbesondere von Getriebewellen in Getrieben, oft in Gehäusen aus Leichtmetall sitzen. Da die Wellen und Lagerungen in der Regel aus Stahl sind, weist der Werkstoff derartiger Gehäuse einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizient auf. Dementsprechend dehnt sich das Gehäuse bei Erwärmung mehr aus als die Welle und deren Lagerungen. Das hat zur Folge, dass sich die Lagersitze lockern.
Mittel zur Vorspannung von Lagervorrichtungen sind der Fachwelt langläufig bekannt. Dabei kann zwischen zwei wichtigen Gruppen von Vorspanneinrichtungen unterschieden werden.
Die erste Gruppe Lagervorrichtungen weist selbstwirkende bzw. selbsterregende Mittel in einer Vorspanneinrichtung auf. Ein Beispiel für selbstwirkende Mittel sind federelastische Mittel, die zwischen dem jeweiligen Lagerring eines Wälzlagers und dem Gehäuse, in dem der Lagerring sitzt, angeordnet sind.
Diese Gruppe schließt zum Beispiel Tellerfedern oder Wellfedern ein. Die Kennlinie der federelastischen Mittel ist mit maximaler Einfederung und Federvorspannung bei kleinstem Spiel eingestellt, so dass diese auch bei maximalen Spielen noch ausreichend spielfrei vorspannen. Zu den selbsterregenden Mitteln gehören auch sogenannte Thermo-Kompensations-Elemente (TCE) wie diese in US 50 28 152 A beschrieben sind. Aus US 50 28 152 A ist eine Vorspanneinrichtung bekannt, in der ein ringförmiges Thermo-Kompensations-Element im kalten Zustand zwischen dem Gehäuse und einem Lagerring vorgespannt ist. Der Werkstoff des TCE weist einen Wärmeausdehnungskoeffizient auf, der größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuses.
Bei zunehmender Betriebstemperatur dehnt sich dieser Ring aufgrund des größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten sozusagen ”selbsterregt” mehr als das Gehäuse aus, so dass die Lagervorrichtung spielfrei vorgespannt bleibt.
Die zweite Gruppe Lagervorrichtungen ist mit Vorspanneinrichtungen versehen, die bedarfsabhängig fremd erregt werden. Eine derartige Lagervorrichtung ist aus DE-AS-1 834 811 bekannt. Der Sitz eines Lagerrings in einem Gehäuse wird bedarfsabhängig durch eine hydraulisch betätigte Vorspanneinrichtung spielfrei gehalten. Die Vorspanneinrichtung ist durch eine Druckkammer, einen Kolben als Aktor, durch verschiedene Dichtungen und durch eine Messeinrichtung sowie durch eine hydraulische Druckversorgung charakterisiert und deshalb relativ aufwändig. Die in der Lagervorrichtung vorherrschenden Spiele sind durch den Aktor ausgeglichen, der in diesem Fall mittels hydraulischem Druck fremd erregt ist. Die Einrichtung wird druckabhängig gesteuert.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Lagervorrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut und vielseitig einsetzbar ist.
Die Aufgabe ist mit einer Lagervorrichtung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung mit wenigstens einer Vorspanneinrichtung, die beiden oben genannter Gattungen, also sowohl der ersten mit selbsterregenden und als auch der zweiten bedarfsabhängig fremd erregten Mitteln zuzuordnen ist. Die Lagervorrichtung ist einer Vorspanneinrichtung versehen, mit der dauerhaft oder bedarfsabhängig die Vorspannung einer Lagervorrichtung oder der spielfreie Sitz mindestens eines Wälzlagers in einem Gehäuse oder auf einer Welle sichergestellt ist und gezielt eingestellt und verändert werden kann. Magnete wie Dauermagnete und/oder bedarfsabhängig durch Magnetspulen erzeugte Magnetfelder werden genutzt um die notwendige Vorspannkraft von angestellten Lagerungen zu erzeugen oder Lagerungen anderweitig vorzuspannen. Einer der Magnete ist auf der Welle oder in dem Gehäuse axial abgestützt und der andere sitzt diesem gegenüber entweder an einem inneren Lagerring oder an einem äußeren Lagerring.
Die Vorspannung ist konstant und dauerhaft durch Dauermagnete (Permanentmagnete) aufgebracht, die sich axial einander gegenüber liegen und sich durch Gegenpolanordnung abstoßen. Dabei wird das physikalische Prinzip genutzt, dass sich gleichnamige Pole zweier Magnete gegenseitig abstoßen.
Wenn zwischen den einander gegenüber liegenden Polen ein sehr geringes Spaltmaß ausgebildet ist, kann die dabei entstehende Kraft bei starken Magnetfeldern sehr hoch sein.
Die Vorspannung werden alternativ auch bedarfsabhängig durch bestromte Magnetspulen (Elektromagneten) angeregt. Die Vorspannkraft wird durch einen oder mehrere Elektromagneten und einen oder mehrere Permanentmagneten erzeugt, die sich einander gegenüberliegen. Über die Feldstärke des Elektromagneten kann die Vorspannkraft den Anforderungen angepasst eingestellt werden. Die Anordnung ist vorteilhaft mit wenigstens einer Messeinrichtung gekoppelt. Die Messwerte sind Temperaturen oder Abstände, Wege, Positionen und Dehnungen. Dementsprechend sind der Lagervorrichtung Messanordnungen zur Temperaturmessungen, Wegmesseinrichtungen, Dehnmessstreifen oder Näherungssensoren zugeordnet, von denen die Messwerte zu Steuergeräten geleitet und zu Signalen verarbeitet werden. Die Magnetfelder werden durch die Signale initiiert.
Permanent-Ring-Magnete oder Magnetsegmente, wahlweise Ringspulen oder einzelne Spulen werden in Abhängigkeit vom Bauraum eingesetzt, mechanisch befestigt oder eingegossen.
Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein Detail einer Lagervorrichtung 1, längs entlang der Rotationsachse 3 einer als Getriebewelle 2 ausgeführten Welle 2 geschnitten. Die Lagervorrichtung 1 ist aus einem Wälzlager 4 in der Ausführung eines Schräglagers 4 gebildet, dem am anderen Ende der Anordnung ein weiteres Schräglager (nicht dargestellt) gegenüber liegt. Weiterhin weist die Lagervorrichtung 1 ein als Vorspanneinrichtung 5 ein Thermo-Kompensations-Element (TCE) 5 mit Magneten 12 und 13 auf. Das Schräglager 4 ist ein Kegelrollenlager 5. Das Kegelrollenlager 6 ist aus einem inneren Lagerring 7, aus einem äußeren Lagerring 8 und aus Kegelrollen 9 gebildet. Der innere Lagerring 7 sitzt fest auf der Getriebewelle 2. Der äußere Lagerring 8 sitzt axial verschiebbar in einem als Getriebegehäuse 10 ausgeführten Gehäuse 10. Das TCE 5 ist aus einem Gehäuse 11 mit einem oder mehreren Permanentmagneten 12 bzw. mit einer oder mehreren Magnetspulen 12 und einem Dauermagneten 13 sowie aus einem Spalt 14 gebildet. Die Permanentmagnete 12 bzw. die Magnetspulen 12 sitzen in dem Gehäuse 11 bzw. sind in dieses eingegossen und liegen dem Dauermagneten 13 an dem Spalt 14 gegenüber. Der oder die Dauermagnete 13 sind an dem äußeren Lagerring 8 fest. Das Gehäuse 11 des TCE sitzt in der gleichen Bohrung 15 wie der äußere Lagerring 8 und ist axial gegen einen Sicherungsring 16 abgestützt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5028152 A [0005, 0005]
DE 1834811 [0007]

Claims

Lagervorrichtung (1) mit wenigstens einem Wälzlager (4) und mit einer mit dem Wälzlager (4) in einem Gehäuse (10) gelagerten Welle, wobei das Wälzlager (4) wenigstens einen Lagerring (7, 8) aufweist und zwischen dem Lagerring (8) und dem Gehäuse (10) wenigstens eine Vorspanneinrichtung (5) angeordnet ist, durch welche eine Vorspannung auf den Lagerring (7, 8) aufbringbar ist, und wobei die Vorspanneinrichtung (5) mit zumindest einem Magneten (12, 13) versehen ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 1, mit zumindest zwei Magneten (12, 13), die zwischen einem Abschnitt des Gehäuses (10) und dem Lagerring (7, 8) einander gegenüber liegen, wobei jeder der Magnete (12, 13) wenigstens einen positiven Pol und einen negativen Pol aufweist und wobei jeweils zwei gleichnamige Pole der Magnete (12, 13) aufeinander zu gerichtet sind, wobei einer der Magnete (12, 13) an dem Gehäuse (10) und einer der Magnete (12, 13) an dem Lagerring (7, 8) abgestützt ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 2, in der wenigstens einer der Magnete (12, 13) eine elektrisch erregbare Magnetspule (12) ist.
Lagervorrichtung nach Anspruch 2, in der wenigstens einer der Magnete (12, 13) ein Dauermagnet (13) ist.